高清PDF版《桅杆结构》王肇民、OCR文字识别、完整版

本书系统地阐述了桅杆结构的造型与构造原理、计算荷载和作用力（风荷载、裹冰和地震作用)、静力计算、动力特性、风振效应和地震反应、非线性振动、振动控制、疲劳问题、整体稳定以及风洞试验及其实测分析等。
本书在总结近年来国内外学者及作者们最新研究成果的基础上，对桅杆结构的分析计算和设计方法作了较全面的介绍，可供土木工程专业的结构工程的科研、设计、施工人员和研究生以及高等院校相关专业师生参考。

高耸结构是-一种细长而主要受风荷载作用的构筑物，根据结构形式的不同，可分为自立式塔架结构和拉线式桅杆结构。这两种结构的特点比较接近，又有差不多的应用范围，所以两种结构合在一起称为塔桅结构。
桅杆结构虽然与塔架结构同属一一种结构类型，但其非线性特性使桅杆结构的静力和动力特性远比塔架结构复杂得多。桅杆结构的非线性主要表现在纤绳的工作性质和杆身的二阶矩影响。纤绳在三四个方向拉住杆身，保证桅杆的直立和稳定，这种斜挂的、有预应力的柔索随荷载作用而改变形状，其内力和变形呈非线性关系。长细比较大的杆身随纤绳节点位移而产生附加弯矩，需要根据二阶矩理论进行结构分析。
桅杆结构受风而振动时，纤绳与杆身的动力特性相互联系、相互影响，杆身振动引起纤绳跨长周期性变化，激发了纤绳的振动，纤绳振动通过节点把反力的周期性变化传到杆身上，两者相互激励和影响，使桅杆结构形成相对复杂的动力体系。桅杆结构没有固定的自振周期，其自振频率是随外界影响而变化的。
高柔的桅杆结构在随机风荷载作用下会产生各种类型的风振效应，有顺风向的结构振动响应，其圆形截面结构会产生横风向祸激振动，一定条件下还会出现横风共振。纤绳受周期性弦向力作用时，可能发生参数振动。当桅杆结构阻尼比较小时，空气动力阻尼可能引起结构自激振动，其振幅不断增加从而导致动力失稳.结构由于非线性及对外界条件的敏感，还会出现跳跃和混沌现象。
桅杆结构由于长细比很大，刚度和阻尼较小，在风荷载作用下易产生大幅振动，强风易引起桅杆剧烈振动而失稳倒塌，微风易引起桅杆频繁摆动而疲劳破坏。桅杆结构的薄弱环节很多，只要某根纤绳松弛、节点板断裂或杆身局部失稳，都会导致桅杆整体破坏。近几年来世界各地由于各种原因而引起桅杆结构倒塌的事故有100多起，在各种建筑结构中破坏比例相当高，引起国际上许多塔桅结构专家重视。据分析，除人为因素外，桅杆破坏的主要原因是桅杆结构复杂的工作机理，特别是桅杆结构动力特性尚未为人们所完全认识和掌握，因此要从理论上深入研究以解决这个十分迫切的问题。
同济大学在塔桅结构教学、科研和设计中做了不少工作，也取得不少进展。塔桅结构课题组最近在国家自然科学基金资助下进行了“桅杆结构非线性动力特性及混沌现象研究”（编号：59778030），在教育部高校博士点专项科研基金资助下进行了“拉线式桅杆振动控制”（编号：9524701），在土木工程防灾国家重点实验室基金资助下进行了“塔桅钢结构振动响应及控制的理论与试验研究”，对桅杆结构进行了系统的分析和研究。其主要内容包括：(1)桅杆结构的动力特性：(2)桅杆结构的动力计算棋型：(3)桅杆结构频域、时域内顺风向振动响应：(4)桅杆结构横风向祸激振动响应，(5)桅杆结构静、动态下的稳定性；(6)桅杆结构非线性振动（跳跃、混沌现象）；(7)桅杆结构振动控制，(8)桅杆结构疲劳现象：(9)桅杆结构风洞试验研究，(10)关于高耸结构规范的修订等，研究成果发表在近期有关学术刊物上，或撰写在博士论文里。
鉴于论述桅杆结构的著作不是很多，加上现在桅杆结构研究取得了长足进步，我们认为有必要根据国内外学者近期在此领域内所取得的成果，写成一本系统介绍桅杆结构的专著…本书。
本书全面阐述桅杆结构的静力、动力分析、计算与构造，以及试验、实测结果。除绪论外，全书共分十章。第一章介绍桅杆结构设计原理、纤绳、杆身和基础计算、构造：第二“章叙述桅杆承受的主要荷载：第三章分析桅杆的静力计算方法；第四、五、六章研究桅杆动力特性，包括自振特性、风振动力响应（顺风向和横风向）、地震反应及一些非线性振动现象（如跳跃、混沌)：第七章为桅杆结构振动控制原理、控制方法和控制装置的设计及参数研究：第八章分析桅杆疲劳现象及疲劳寿命：第九章是对桅杆静、动态稳定性的研究：第十章介绍桅杆风洞试验和现场实测的部分成果。书中还列有可供参考的各种静力、动力分析计实例。
参加本书编写的有马星博士、王之宏博士、王仲刚博土、李树逊博士、何艳丽博士和颜明忠博士。

内容索引：

绪论
0.1桅杆结构的特点及应用1
0.2桅杆结构的非线性静力、动力特性1
0.3桅杆结构的阻尼因素4
0.4桅杆结构破坏分析5
第一章桅杆结构的选型与构造7
1.1桅杆结构设计原则
1.2桅杆结构的选型7
1.2.1纤绳布置7
1.2.2杆身选型10
1.3桅杆结构的构造12
1.3.1杆身连接构造12
1.3.2纤绳与杆身节点连接构造14
1.3.3杆身腹杆连接构造14
1.3.4桅杆底座构造15
1.4桅杆结构的基础16
1.4.1基础材料与埋深16
1.4.2基础选型与构造17
1.4.3中央基础计算20
1.4.4桩基础设计24
1.4.5地铺基出设计31
1.5桅杆结构工程实例38
1.5.1美国电视桃杆38
1.5.2英国电视抱杆40
1.5.3德国通讯桅杆41
15.4被兰无线电能杆41
1.5.5北京环境气象监测桅杆43
1.5.6广州输电塔44
1.5.7阿根廷旅游榄杆44
1.5.8西班牙巴塞罗那电视桅杆45
第二章计算荷载和作用力47
2.1荷载分类47
2.2风荷载47
2.2.1风的形成47
2.2.2风的基本特性48
2.2.3室气动力学与风荷载57
2.2.4风荷载的模拟61
2.2.5风振系数的计算70
2.2.6拟静力风荷载计算75
2.2.7横风向共振等效静力风荷载计算78
2.2.8散不利风荷载分布79
2.3裹冰荷载81
2.3.1要冰荷载分布81
2.3.2妻冰荷载计算80
2.3.3要冰风振特性82
2.4地震作用83
2.4.1地腰被与地震反应特点8
2.4.2地展分布、展级及烈度85
2.4.3地展反应分析87
第三章桅杆结构静力分析93
3.1概述93
3.2纤绳计算94
3.2.1纤绳计算原理94
3.2.2纤绳方程式
3.2.3纤绳工作研究104
3.3杆身计算111
3.3.1弹性支座连续梁法111
3.3.2杆身等效梁单元法119
3.3.3杆单元矩阵位移法137
3.4桅杆结构参数分析143
3.4.1纤绳初应力对桅杆结构受力性能的影响
3.4.2纤绳布置对桅杆整体稳定的影响148
3.5桅杆结构静力计算实例151
3.5.1弹性支座连续梁法计算桅杆151
3.5.2杆身等效梁单元法计算桅杆160
第四章挽杆结构动力特性166
4.1概述166
4.2桅杆动力计算模型167
4.3纤绳自振特性168
4.3.1纤绳棋型168
4.3.2纤绳自由振动170
4.3.3纤绳刚度计算176
4.3.4桅杆体系空间动力刚度179
4.3.5考虑阻尼影响的纤绳动力特性180
4.3.6设置辅助纤绳后纤绳的动力特性183
4.4杆身自振特性186
4.4.1杆身力学摸型186
4.4.2选代法求解杆身的自由振动187
4.4.3杆身自由振动简化计算187
4.4.4传递法计算杆身的自振特性188
4.5桅杆自振实测方法190
4.5.1桅杆实测自振法190
4.5.2桅杆实测共振法：192
4.5.3桅杆实测脉动法195
4.6桅杆自振特性计算实例198
4.6.1格构式桅杆自振特性计算一算例一198
4.6.2格构式桅杆自振特性计算一算例二200
4.6.3单简式桅杆自振特性计算一算例三204
4.6.4桅杆结构地展作用下自餐特性计算207
4.6.5卸载后榄杆自由报动的计算研究207
第五章桅杆结构风效应与地震反应211
5.1概述211
5.2桅杆顺风向振动响应212
5.2.1桅杆顺风向振动分析212
5.2.2桅杆顺风向振动响应线性化分析一一一频域法215
5.2.3桅杆顺风向振动响应非线性分析一一时域法216
5.2.4桅杆随机风振离散分析法219
5.2.5榄杆额风向振动计算实例225
5.3桅杆横风向振动响应240
5.3.1桅杆横风向振动分析240
5.3.2桅杆横风向随机振动响应241
5.3.3桅杆横风向祸激振动响应241
5.4桅杆驰振响应243
5.4.1驰振的机理244
5.4.2纤绳裹冰驰振下桅杆结构动力计算245
5.4.3纤绳表冰驰振算例247
5.5借助等效阻尼的简化风振计算249
5.5.1等效阻尼概念249
5.5.2参数选择250
5.5.3计算步骤251
5.5.4应用实例26
5.6桅杆地震反应269
5.6.1桅杆地簏反应计算棋型269
5.6.2地震作用下桅杆反应i产算273
5.6.3桅杆地震反应计算实例275
第六章桅杆结构非线性振动中的参数振动和混沌现象279
6.1概述279
6.1.1非线性振动基本原理279
6.1.2非线性振动现象及机理281
6.2参数振动283
6.2.1桅杆的参数振动现象283
6.2.2纤绳参数振动方程283
6.2.3纤绳参数振动的动不稳定区286
6.2.4参数分析288
6.3跳跃现象291
6.4混沌动力特性293
6.4.1混沌现象分析293
6.4.2桅杆在不对称荷载作用下混沌动力计算294
6.4.3桅杆在对称荷载作用下混沌现象的研究298
第七章桅杆结构振动控制302
7.1概述302
7.1.1桅杆结构振动控制原理302
7.1.2桅杆结构报动控制方法：304
7.2桅杆结构非线性振动控制理论305
7.3纤绳振动控制308
7.3.1纤绳参数选择308
7.3.2纤绳卷挂减振器310
7.3.3辅助纤绳控制311
7.3.4纤绳接地阻尼器313
7.4杆身振动控制317
7.4.1杆身构造措施317
7.4.2杆身阻尼器减振形式322
7.4.3TMD对结构风振响应的控制325
7.4.4TSD对结构风振响应的控制330
7.4.5TMD参数研究333
7.4.6横风祸激振动控制参数研究336
7.4.7振动控制在檐杆实际应用中存在的问间题339
7.5地震反应控制343
7.6桅杆结构TMD振动控制计算实例345
7.6.1桅杆实例345
7.6.2桅杆自振特性34
7.6.3TMD参数347
7.6.4控制效果
第八章桅杆结构疲劳分析349
8.1概述4349
8.1.1桃杆结构疲芳现象349
8.1.2桅杆疲劳分析350
8.2桅杆结构疲劳计算方法351
8.2.1舱杆疲劳破坏区及其应力幅351
8.2.2疲芳强度计算354
8.3桅杆结构疲劳寿命计算356
8.3.1规范法计算桅杆疲劳寿命356
8.3.2随机疲劳理论计算桅杆疲芳寿命359
8.4桅杆结构抗疲劳措施360
8.4.1提高桅杆构件的疲劳性能360
8.4.2风振疲劳挖制设计361
8.5桅杆结构疲劳计算实例362
第九章桅杆结构整体稳定366
9.1概述366
9.1.1桅杆结构稳定计算原理366
9.1.2桅杆结构静力稳定计算方法367
9.2临界力法计算桅杆静力整体稳定367
9.2.1精确法计算桅杆静力整体稳定367
9.2.2铰链法计算榄杆静力整体稳定370
9.2.3平均参数法计算桅杆静力整体稳定373
9.2.4初参数法计算桅杆静力整体稳定374
9.3极限位移法计算桅杆静力整体稳定384
9.4全过程位移跟踪法计算桅杆静力整体稳定384
9.4.1桅杆结构的非线性静力平衡方程384
9.4.2增量修正孤长法进行位移全过程跟踪386
9.5桅杆睁力稳定计算实例388
9.5.1初参数法计算桅杆静力整体稳定388
9.5.2极限位移法计算桅杆静力整体稳定
9.5.3桅杆静力整体稳定两种计算方法的比较391
9.5.4全过程位移跟踪法计算桅杆静力整体稳定392
9.6桅杆结构动力稳定性分析392
9.7桅杆结构动力稳定计算实例397
第十章桅杆结构试验测试及分析399
10.1概述399
10.2风洞试验桅杆模型设计400
10.2.1相似原则400
10.2.2模型设计401
10.3亲流场的摸拟403
10.3.1素流场测试仪器403
10.3.2模拟装置的测试403
10.3.3模拟装置布置及调试结果403
10.4桅杆结构自振特性测试及分析406
10.4.1模型1测试及计算结果406
10.4.2模型2、3测试及计算结果408
10.5亲流场下桅杆模型动力响应410
10.5.1模型1测试结果及分析410
10.5.2模型2在0风向下测试结果及分析416
10.5.3模型2在0°、30风向下的混沌现象417
10.6桅杆结构风振响应实测420
附录一桅杆破坏实例425
附录二纤绳的规格、连接和零件428
附录三桅杆支座和纤绳绝缘子437
附录四分布风段法及阵风系数法研究440
附录五蒲福风力等级表445
附录六福基达龙卷风等级表446
附录七全国基本风压标准值(kN/m)447
附录八全国城市地晨烈度区划表451
附录九中国地震烈度表(1989)452
附录十各种荷载分布的系数计算454
附录十一三角系数a、b、c表455
附录十二桅杆结构风洞试验测试457
参考文款459

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